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高吸水树脂对混凝土的影响及其调控试验

2024-12-02 25 上传者：管理员

摘要：为了研究高吸水树脂对混凝土强度和工作性能的影响，设计4组试验，并分析每组的强度特征和工作性能。结果表明：掺加高吸水树脂的混凝土强度下降了10%～20%；新拌混凝土的坍落度和扩展度随着时间增长而减小，且减小速度较快，30min坍落度损失达19.1%,60min坍落度和扩展度损失约47.6%；高吸水树脂的较优掺量为0.3%；微珠能减小混凝土因掺入高吸水树脂而引起的强度和工作性能的损失，在工程上可以与高吸水树脂复掺使用。文中所得研究成果可为实际工程提供一定的参考依据。

关键词：
养护剂
养护膜
内养护剂
混凝土养护
高吸水树脂
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目前混凝土养护一般采用覆膜或者养护剂[1]，但对于墙体而言，养护膜比较难以安装且工序复杂。养护剂的养护方式是通过喷涂或者涂刷在混凝土表面，形成不透水的封闭薄膜，降低水分蒸发。虽然养护剂在一定程度上能防止水分蒸发，但是它无法补水，涂刷也比较麻烦，有的养护剂还会对混凝土的外观造成不良影响[2]。为了解决混凝土开裂问题，目前有一种新型的养护方式，就是采用内养护剂，把内养护剂掺入混凝土中，改善混凝土内部环境，其中，高吸水树脂就是一种理想的内养护剂[3-5]。高吸水树脂在搅拌过程中能吸收大量水分，当混凝土硬化后，它可为混凝土内部源源不断地提供水分，促使水泥充分水化。此外，目前混凝土工程出现裂缝很多的现象，这是由于收缩引起的。混凝土中的高吸水树脂在混凝土硬化后可以源源不断释放出水分，缓解混凝土在潮湿、干燥环境中的体积变化，减少混凝土开裂[6-9]。内养护剂还有助于减轻混凝土中的钢筋锈蚀，增强耐久性，延长混凝土结构的使用寿命[10]。需要注意的是，在工程上应用时，应根据混凝土的用途和设计要求，合理选择高吸水树脂的类型和掺量，因为高吸水树脂的特性有可能随着混凝土配合比的不同而有所变化。目前，高吸水树脂对混凝土强度以及工作性能的影响尚不明确，研究高吸水树脂的掺量对混凝土的强度和工作性能的影响，可为工程应用提供参考依据。本文设计了4组配合比的混凝土试件，并对各组试件的强度和工作性能进行了对比分析，从机理上阐释了高吸水树脂对混凝土性能的影响。

1、试验

1.1 试验原材料

水泥采用海螺牌PO42.5；砂子采用混合砂子，其中机制砂占60%，小黄砂占40%，机制砂为中砂，细度模数为2.6，小黄砂细度模数为2.2；石子采用级配碎石，其中16～25 mm的石子占70%,5～16 mm瓜子片石子占30%；粉煤灰采用三门电厂的二级粉煤灰；矿粉采用S95级矿粉；高吸水树脂采用40目的高吸水树脂。微珠[11-12]采用天津筑成新材料有限公司生产的微珠，表观密度为2 520 kg/m3，堆积密度为760 kg/m3；减水剂采用聚酸减水剂，固含量为20%。高吸水树脂及微珠示意图如图1所示。

图1 部分材料示意图

1.2 试验配合比设计

本次试验目的是研究高吸水树脂的掺量以及对混凝土强度和工作性能的影响，共设计了4组试件，其中1#混凝土为对照组，不添加高吸水树脂；2#混凝土添加0.2%的高吸水树脂；3#试件添加0.3%的高吸水树脂；4#试件添加0.2%的高吸水树脂，同时采用微珠取代粉煤灰，4组试件的配合比设计如表1所示。设计第4组的目的是采用微珠来调节混凝土因加入高吸水树脂而损失的强度和工作性能。

表1 4组试件的配合比设计

1.3 试件制备

试件制备过程步骤如下：

(1）按照配合比计算出水泥、粉煤灰、碎石、砂、水、减水剂、高吸水树脂以及额外水的用量，并且准确称量。

(2）为了保证高吸水树脂在混凝土中分布均匀，将原材料按一定的顺序倒入后，并将干燥的高吸水树脂粉撒入搅拌机内，干搅2 min。

(3）将称好的基础拌和水倒入搅拌机搅拌2 min，使高吸水树脂充分吸收拌和水，然后倒入减水剂与额外水的混合液中继续搅拌2 min。

(4）将搅拌好的拌和物一次性加入试模内，并将试模置于振动台上振动成型，振动过程中要用抹刀刮去多余拌和物，反复刮抹直至混凝土表面泛浆为止。

(5）每组试件成型为100mm×100mm×100mm试块6组，养护龄期分别为3 d、7 d和28 d，对比各组混凝土的强度与和易性情况。

(6）试件按照两种方式养护：①自然环境暴露（湿度为30%左右，温度为18℃左右）；②恒温恒湿室（湿度为95%左右，温度为20℃左右）。

4组试件制备的新拌混凝土密度如表2所示，从表2中可知，新拌混凝土密度基本相当，其状态如图2所示。

表2 4组新拌混凝土密度

图2 新拌混凝土示意图

2、结果分析

2.1 强度分析

4组试件养护28 d后，在万能试验压力机上测试所得到的强度，结果如表3所示，强度对比如图3所示。对比第1组与第2、3、4组试验数据可以发现：在标准养护条件下，第2、3、4组的强度比第1组低；在室外不浇水养护的情况下，第2、3、4组的强度也比第1组低。这说明加入高吸水树脂后，由于高吸水树脂会吸水，混凝土拌和时需要额外掺入自来水供高吸水树脂吸收，但是由于高吸水树脂在混凝土内部吸水速度较慢，多余的自来水参与了水化反应，造成实际水胶比增大，使混凝土强度降低；第4组混凝土掺入了微珠，但28 d强度也比第1组的空白对照组低。在标准养护条件下，与第1组相比较，第2、3、4组混凝土28 d强度分别低了18.1%,13.7%、3.9%；在室外养护条件下，与第1组相比较，第2、3、4组混凝土28 d强度分别低了10.1%,11.5%、5.3%；高吸水树脂的加入明显降低了混凝土的强度，第4组采用微珠代替粉煤灰能在一定程度上减小因为高吸水树脂掺入而损失的强度。

表3 4组试件的强度测试值对比

图3 4组试件的强度对照

2.2 工作性能分析

工作性能是决定混凝土在浇筑、捣实和抹面时容易程度的性能，本文试验中选择流动性（坍落度和扩展度）作为判断混凝土工作性能的指标。图2为新拌和的混凝土，从图2可知，新拌和的混凝土和易性好，不抓底。本试验分别测试了4组混凝土刚搅拌好以及30 min和60 min后的坍落度及扩展度，测试值如表4所示，坍落度和扩展度的对比如图4所示，坍落度、扩展度随时间的变化关系如图5所示。从图4可知，4#新拌混凝土的坍落度和扩展度最大，这是因为微珠的滚珠效应发挥作用，微珠具有减水效果，它促使混凝土的工作性能得以提升；第2组和第3组在60 min后，坍落度和扩展度都低于第1组，这是因为高吸水树脂具有吸水能力，它从混凝土中吸走了一部分水分，从而降低了混凝土的初期可塑性和工作性能；初始的时候第1组混凝土的坍落度和扩展度略低1于#第2组和第3组，这是由于测试误差导致。从图5可知，第2组混凝土的坍落度和扩展度随着时间延长损失最大，30 min坍落度损失了19.1%，扩展度损失了5.6%;60 min坍落度损失了47.6%，扩展度损失了53.7%，这说明第2组混凝土不适合长距离输送。第4组混凝土坍落度和扩展度损失较小，微珠弥补了因高吸水树脂加入而导致的混凝土工作性能的损失。从试验结果来看，混凝土中高吸水树脂的较优掺量为0.3%。

表4 4组试件的工作性能测试值对比

图4 4组试件的坍落度和扩展度对比

图5 时间对4组试件的坍落度和扩展度的影响

2.3 机理分析

高吸水树脂对混凝土强度影响的主要原因集中在以下3个方面：第一，高吸水树脂吸收了混凝土中水分，导致混凝土中水灰比的增加，从而影响了混凝土的强度。第二，高吸水树脂释放的水分可导致混凝土中的孔隙率升高[13]。高吸水树脂的存在可能影响混凝土的均质性和内部结构，导致混凝土结构致密性减弱，这可能在一定程度上降低混凝土的整体强度，加入高吸水树脂的混凝土试件被劈开后的示意图如图6所示，从图6可以看见高吸水树脂释水后留下的小孔。第三，高吸水树脂的加入会影响水泥的水化反应，水泥水化是混凝土硬化的关键过程，任何影响水泥水化的因素都有可能影响混凝土的最终强度。

图6 加入高吸水树脂的混凝土试件被劈开后示意图

高吸水树脂影响混凝土工作性能的主要原因是高吸水树脂吸收混凝土中的水分，导致混凝土的流动性降低。高吸水树脂吸收水分后，加快了混凝土的失水速度，导致混凝土表面过早凝固，使得混凝土在浇筑和表面修整时变得更加困难。

在工程中使用高吸水树脂，需要仔细调整混凝土的配合比，以平衡水分吸收和释放的效果，确保混凝土的流动性和工作性能达到所需的标准。

3、结语

本文通过在混凝土中加入高吸水树脂，研究高吸水树脂对混凝土的强度和工作性能的影响，得到了以下结论：

(1）高吸水树脂的加入降低混凝土的强度，掺入高吸水树脂后，强度降低了10%～20%。

(2）高吸水树脂的加入降低了混凝土的工作性能，随着时间的增长，混凝土坍落度和扩展度损失较大，不适合长距离输送。

(3）混凝土中高吸水树脂的较优掺量为0.3%。

(4）在条件允许的情况下，工程上可以采用微珠来调节混凝土因为高吸水树脂加入而损失的强度工作性能，通过高吸水树脂和微珠的复掺使用来达到工程应用的目的。

参考文献:

[1]刘雪.国内外混凝土养护方法比较分析[J].黑龙江科技,2010(31):321.

[2]李美利,钱觉时,徐姗姗,等.养护条件对混凝土表面层性能的影响[J].建筑材料学报,2009,12(6):724-728.